汽車節(jié)能技術(shù)新第三章

第三章燃料與燃燒汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!一、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料

燃料是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的來(lái)源?？梢哉f(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)的生存與發(fā)展，汽油機(jī)與柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)與性能上的差異，對(duì)環(huán)境的污染等等，無(wú)不與燃料的種類和品質(zhì)有著密切的關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的燃料是汽油與柴油，它們是石油的煉制品。石油的主要成分是碳、氫兩種元素，含量約占97%-98%，其它還有少量的硫、氧、氮等等。石油產(chǎn)品是以多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔锏男问匠霈F(xiàn)的，分子式為CnHm，通常稱為烴。根據(jù)烴分子中碳原子數(shù)的不同，可構(gòu)成不同相對(duì)分子質(zhì)量、不同沸點(diǎn)的物質(zhì)。煉制汽油與柴油最簡(jiǎn)便的方法是利用沸點(diǎn)不同直接進(jìn)行分餾，依次得到石油氣—汽油—煤油—輕、重柴油—渣油C原子數(shù)沸點(diǎn)品種相對(duì)分子質(zhì)量理化性質(zhì)的變化趨勢(shì)C1～C4常溫石油氣16～58

C5～C1150～200℃汽油95～120C11～C19180～300℃煤油100～180C16～C23250～360℃輕、重柴油180～200C23以上360℃以上渣油220～280易自燃化學(xué)安定性好易點(diǎn)燃汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!分類分子通式性質(zhì)烷烴呈飽和的開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，含碳原子越高，結(jié)構(gòu)越不緊湊，常溫下化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，但熱穩(wěn)定性比較低，在高溫下易分解，自發(fā)火的滯燃期較短，是柴油燃料的良好成分。支鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)在高溫下較穩(wěn)定，是汽油中抗爆性好的燃料烯烴非飽和開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，比烷烴難于自行發(fā)火，是汽油中抗爆性好的成分，但常溫下化學(xué)安定性差，在長(zhǎng)期存儲(chǔ)中易于氧化生成膠質(zhì)炔烴非飽和開鏈結(jié)構(gòu)，是熱裂解的產(chǎn)物，很不穩(wěn)定。在常溫下易分解，存儲(chǔ)中因氧化而結(jié)膠，含炔烴多不易做發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。環(huán)烷烴飽和的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)，不易分裂，熱穩(wěn)定性和自發(fā)火的溫度均比直鏈烷烴為高。環(huán)烷烴多的燃油適宜作為汽油機(jī)燃料，不適宜做柴油機(jī)燃料。芳香烴所有芳香烴都含有苯基的成分，在石油中含量較少，分子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，熱穩(wěn)定性比脂肪烴及環(huán)烷烴均高，在高溫下分子不易破裂，化學(xué)安定性較前者高，是汽油中良好的防爆劑，石油煉制時(shí)常提高芳香烴的含量。一、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!二、燃料的使用特性主要用于各類柴油機(jī)中，其中，輕柴油用于高速柴油機(jī)，重柴油用于中、低速柴油機(jī)。

我國(guó)生產(chǎn)的輕柴油，其規(guī)格由GB252—2000規(guī)定。輕柴油的牌號(hào)按凝點(diǎn)不同分為10號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)、-50號(hào)六級(jí)，其凝點(diǎn)分別不高于10℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃和-50℃。凝點(diǎn)是指柴油失去流動(dòng)性開始凝結(jié)的溫度。選用柴油時(shí)，應(yīng)按最低環(huán)境溫度高出凝點(diǎn)5℃以上，即-20號(hào)柴油適用于最低環(huán)境溫度為-15℃的場(chǎng)合。在輕柴油性能的各個(gè)項(xiàng)目中，可以分為：1)評(píng)價(jià)柴油自燃性的指標(biāo)—十六烷值。2)與燃燒完善程度及起動(dòng)性能有密切關(guān)系的性質(zhì)—餾程。3)與燃油噴射有密切關(guān)系的性質(zhì)—粘度。4)與柴油儲(chǔ)存、運(yùn)送、使用有關(guān)的性質(zhì)—閃點(diǎn)、凝點(diǎn)。5)與柴油機(jī)磨損腐蝕有關(guān)的性質(zhì)—機(jī)械雜質(zhì)、水分、灰分、含硫量、酸度、水溶性酸和堿、殘?zhí)康鹊取?.柴油汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!2）餾程燃料的使用特性餾程表示柴油的蒸發(fā)性，用燃油餾出某一百分比的溫度范圍來(lái)表示。燃料餾出50%的溫度低，說(shuō)明這種燃料輕餾分多、蒸發(fā)快，有利于混合氣形成。90%和95%餾出溫度標(biāo)志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分的數(shù)量。如果重餾分過(guò)多、在高速柴油機(jī)中來(lái)不及蒸發(fā)和形成均勻混合氣，燃燒不容易及時(shí)和完全。車用高速柴油機(jī)使用輕餾分柴油，但餾分太輕也不好，因?yàn)檩p質(zhì)燃料容易蒸發(fā)，在著火前形成大量油氣混合氣，一旦著火壓力猛增，將使柴油機(jī)工作粗暴。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!2.汽油燃料的使用特性影響汽油機(jī)性能的關(guān)鍵性指標(biāo)主要是辛烷值和餾程等。1）辛烷值

辛烷值是表示汽油抗爆性的指標(biāo)。汽油的辛烷值高，則抗爆震的能力強(qiáng)。國(guó)產(chǎn)汽油是以辛烷值來(lái)標(biāo)號(hào)的,分為90、93、97等標(biāo)號(hào)。測(cè)定燃料的辛烷值是在專門的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的。測(cè)定時(shí)，用容易爆震的正庚烷(辛烷值定為0)和抗爆性好的異辛烷(2.2.4三甲基戊烷)(其辛烷值定為100)的混合液與被測(cè)定的汽油作比較。當(dāng)混合液與被測(cè)汽油在專用的發(fā)動(dòng)機(jī)上的抗爆程度相同時(shí)，則混合液中異辛烷含量的體積百分?jǐn)?shù)就是被測(cè)定汽油的辛烷值。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!2）餾程與蒸汽壓燃料的使用特性

餾程和蒸氣壓是評(píng)價(jià)汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)。汽油及其它石油產(chǎn)品是多種烴類的混合物，沒有一定的沸點(diǎn)，它隨著溫度的上升，按照餾分由輕到重逐次沸騰。汽油餾出溫度的范圍稱為餾程。汽油餾程用蒸餾儀測(cè)定。將100mL試驗(yàn)燃料放在燒瓶中，加熱產(chǎn)生蒸氣，經(jīng)冷凝器燃料蒸氣凝結(jié)，滴入量筒內(nèi)。將滴凝結(jié)的燃料流入量筒時(shí)的溫度稱為初餾點(diǎn)。隨著溫度升高，依次測(cè)出對(duì)應(yīng)油量的餾出溫度，將蒸餾所得的數(shù)據(jù)畫在以溫度和餾出百分?jǐn)?shù)為坐標(biāo)的圖上，就成為蒸餾曲線。

為了評(píng)價(jià)燃料的揮發(fā)性。以10%、50%和90%的餾出溫度作為幾個(gè)有代表意義的點(diǎn)。（1）餾出10%的溫度

關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)性。

如果10%餾出溫度較低，發(fā)動(dòng)機(jī)使用的這種燃料容易冷車起動(dòng)。但是此溫度過(guò)低，在管路中輸送時(shí)受發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高部位加熱而變成蒸氣，在管路中形成“氣阻”，使發(fā)動(dòng)機(jī)斷火，影響它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展演變的過(guò)程與燃料工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展初期是以煤氣為燃料，因?yàn)樵?9世紀(jì)中葉，歐洲各大城市已使用煤氣照明，煤氣是當(dāng)時(shí)比較容易得到的能源。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了熱值比煤氣高許多，而且蒸發(fā)性也很強(qiáng)的輕油燃料(汽油)。這時(shí)，汽油機(jī)的混合氣形成及點(diǎn)火方式部受到煤氣機(jī)的強(qiáng)烈影響。不過(guò)，提高汽油機(jī)性能受到不正常燃燒的限制，汽油機(jī)的壓縮比不高。為了擴(kuò)大使用燃料的來(lái)源，有人曾利用廢氣熱量對(duì)重餾分油(柴油)進(jìn)行加熱，促使其蒸發(fā)并與空氣混合后，再送入氣缸。在低壓縮比下用電火花點(diǎn)火，但這是不成功的。1893年，Diesel提出利用高溫的壓縮空氣促使燃料著火；繼而，為克服柴油蒸發(fā)性差的缺點(diǎn)，采用氣力或機(jī)力向缸內(nèi)噴射的方式以形成混合氣，這便是20世紀(jì)韌葉，柴油機(jī)出現(xiàn)的雛形。因此，從發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的歷史看出，燃料品質(zhì)不同，是引起汽油機(jī)與柴油機(jī)在混合氣形成與燃燒方面差異的基本原因。三、汽柴油性能差異的影響汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!1.引起在混合氣形成上的差異汽油揮發(fā)性強(qiáng)(從50℃開始餾出，至200℃左右蒸發(fā)完畢)，因而可能在較低溫度下以較充裕的時(shí)間在氣缸外部進(jìn)氣管中形成均勻的混合氣，因而控制混合氣的數(shù)量，便能調(diào)節(jié)汽油機(jī)的功率。而柴油蒸發(fā)性差(200℃開始餾出，至350℃結(jié)束)，但粘性比較好，不可能在低溫下形成油氣混合氣，但適宜用油泵油嘴向氣缸內(nèi)部噴油，靠調(diào)節(jié)供油量來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷。

2.引起著火與燃燒上的差異

汽油自燃溫度較高，但汽油蒸氣在外部引火條件下的溫度極低，因而不宜壓燃但適宜外源點(diǎn)火；為促使有規(guī)律的燃燒，應(yīng)防止其自燃(壓縮比不能高)；而且由于混合氣均勻，著火后，以火焰?zhèn)鞑サ姆绞较蚓鶆虻幕旌蠚庹归_。對(duì)于柴油，則利用其化學(xué)安定性差，易自燃的優(yōu)點(diǎn)，采用壓縮自燃的方式；為促進(jìn)自燃，壓縮比不宜過(guò)低，柴油的噴射及與空氣的混合，既短暫又不均勻，常有隨噴隨燒的現(xiàn)象，因而使燃燒時(shí)間延長(zhǎng)。三、汽柴油性能差異的影響汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!1、醇類燃料隨著世界石油儲(chǔ)量日益減少，在發(fā)動(dòng)機(jī)上使用代用燃料的趨勢(shì)正在加速。日前，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料多樣化的特點(diǎn)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展與改造帶來(lái)了新的推動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)的代用燃料有醇類燃料、人造汽油、氫燃料、煤漿燃料、植物油等等。用煤的液化生產(chǎn)人造汽油，在技術(shù)上是可行的，但成本較高；氫是今后很有前途的燃料，但氫的制取與儲(chǔ)運(yùn)仍有持進(jìn)一步解決；將煤粉與柴油摻臺(tái)形成固液兩相的煤漿，在發(fā)動(dòng)機(jī)上試驗(yàn)已有成功的范例，但固體燃料在高速燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，仍有燃燒不完全和積炭磨損的問(wèn)題。這些都屬于探索性的代用燃料。當(dāng)今比較成熟而且已經(jīng)實(shí)用的代用燃料，還是醇類與汽油摻合，稱為乙醇汽油，這在一些國(guó)家已有廣泛應(yīng)用。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!2、氣體燃料

氣體燃料可分天然氣(NG)、液化石油氣(LPG)及工業(yè)生產(chǎn)中的氣體燃料。天然氣是以自由狀態(tài)或與石油共生于自然界中的可燃?xì)怏w，它的主要成分是甲烷。液化石油氣是在石油煉制過(guò)程個(gè)產(chǎn)生的石油氣，主要成分是丙烷、丙烯等。在車輛上應(yīng)用最多的氣體燃料是天然氣。世界上近年來(lái)天然氣燃料發(fā)展最快，已成為第三大支柱性能源。它用于汽車一般有兩種形式：一種是壓縮天然氣(CNG)，通常以20MPa壓縮儲(chǔ)存于高壓氣瓶中；另一種是液化天然氣(LNG)，將天然氣以-163℃低溫液化儲(chǔ)存于隔熱的液化氣罐中。與壓縮天然氣相比，液化天然氣具有能量密度高、儲(chǔ)運(yùn)性好(它的液態(tài)密度僅為常態(tài)下氣體密度的1/600)、行駛距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但需要有極低溫技術(shù)，儲(chǔ)運(yùn)困難而且成本高等，將液化天然氣作為汽車燃料尚處于研究之中，當(dāng)今廣泛應(yīng)用的仍是壓縮天然氣。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!五、氣體燃料燃料種類性質(zhì)液化石油氣天然氣（甲烷）汽油（90＃）丙烷丁烷H/C原子比2.672.504.02～2.30分子量M44.09758.12416.04396密度（液相）/（kg?m-3）528602424700～780密度（氣相）/（kg?m-3）2.022.5980.715沸點(diǎn)/℃-42.1-0.5-161.530～90臨界溫度/℃96.7152.0-82.6臨界壓力/MPa4.253.84.62汽化熱/(kJ?kg-1)426385510理論空燃比質(zhì)量比15.6515.4317.2514.8體積比23.8130.959.528586低熱值/(kJ?kg-1)45.7746.3950.0543.90混和氣熱值/(kJ?kg-1)3.493.523.393.73辛烷值RON111.59513092著火極限/%2.2～9.51.9～8.55～151.3～7.6著火溫度/℃466430537390～420火焰?zhèn)鞑ニ俣?(m?s-1)383733.839～47火焰溫度/℃1970197519182197汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!電控雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!五、燃燒熱化學(xué)在燃燒分析中需要提供有關(guān)燃料、空氣及其產(chǎn)物的一些基本數(shù)量關(guān)系。對(duì)于已知的燃料，各元素的含量是可以測(cè)得的，而空氣中氧化氮的比例又是一定的，按照完全燃燒的化學(xué)當(dāng)量關(guān)系，很容易求出一些基本量，為發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)及調(diào)試提供依據(jù)。

1.

空燃比A/F(A：air-空氣，F(xiàn)：fuel-燃料)表示空氣和燃料的混合比。空燃比是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)尾氣排放、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都有很大的影響。

2.理論空燃比：即將燃料完全燃燒所需要的最少空氣量和燃料量之比。汽油的理論空燃比大體約為14.7，也就是說(shuō)，燃燒1g汽油需要14.7g的空氣，柴油的約為14.5。一般常說(shuō)的汽油機(jī)混合氣過(guò)濃過(guò)稀，其標(biāo)準(zhǔn)就是理論空燃比。空燃比小于理論空燃比時(shí)，混合氣中的汽油含量高，稱作過(guò)濃；空燃比大于理論空燃比時(shí)，混合氣中的空氣含量高，稱為過(guò)稀。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!3.過(guò)量空氣系數(shù)

燃燒1Kg燃料實(shí)際提供的空氣量與理論上所需空氣量之比稱為過(guò)量空氣系數(shù)。

過(guò)量空氣系數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)類型、混合氣形成的方法、燃料的種類、工況(負(fù)荷與轉(zhuǎn)速)、功率調(diào)節(jié)的方法等因素有關(guān)。汽油機(jī)燃燒時(shí)用的是預(yù)先混合好的均勻混合氣，混合比只在狹小的范圍內(nèi)變化(α=0.8-1.2)。柴油機(jī)負(fù)荷是靠質(zhì)調(diào)節(jié)的(即混合氣濃度調(diào)節(jié))，α的變化范圍很大。由于混合氣形成不均勻，所以α總是大于1的。一般車用高速柴油機(jī)，α=1.2-1.6；增壓柴油機(jī)，α=1.8-2.2。燃燒熱化學(xué)汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!六、燃燒的基本知識(shí)

1.著火過(guò)程

燃燒一種放熱的氧化反應(yīng)。可燃混合物(燃料與空氣的混合物)在發(fā)生明顯的光和火焰效應(yīng)的燃燒之前，都有一個(gè)準(zhǔn)備階段，即著火階段。所謂著火，是指混合氣自動(dòng)地反應(yīng)加速，并產(chǎn)生溫升，以致引起空間某一位置或最終在某個(gè)時(shí)刻有火焰出現(xiàn)的過(guò)程。使可燃混合物著火的方法有兩種：自燃與點(diǎn)燃，前者是自發(fā)的，后者是強(qiáng)制的。

由于汽柴油都是由烴組成的，烴的氧化反應(yīng)，可以寫成

烴的這種氧化反應(yīng)需要經(jīng)歷鏈引發(fā)、鏈傳播及鏈中斷等過(guò)程。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!1.著火過(guò)程燃燒的基本知識(shí)烴的反應(yīng)過(guò)程有如下特點(diǎn)：1)在反應(yīng)開始，有一段形成與積累活性中心的過(guò)程，這一段時(shí)間稱為誘導(dǎo)期。當(dāng)活性中心積累到一定程度，反應(yīng)速度便急劇增加。這個(gè)誘導(dǎo)期不僅是反應(yīng)物的物性參數(shù)，還與反應(yīng)開始的反應(yīng)物濃度、溫度、容器的形狀與材料等有關(guān)。

2)即使反應(yīng)物是處在低溫下，只要有某種原因能激發(fā)出活性中心，便能引起鏈鎖反應(yīng)。也就是說(shuō)，引起燃燒爆炸的原因并不一定是高溫。3)反應(yīng)速度是自動(dòng)加速的。在迅速反應(yīng)的前階段(A-B)，反應(yīng)速度隨溫度而急劇增高；隨著反應(yīng)物濃度減少，B-C段反應(yīng)速度便迅速下降。

4)在反應(yīng)氣體中加入惰性氣體，將促使反映速度降低。在加入某種添加劑以后，也可能使反應(yīng)加速。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!2）點(diǎn)燃燃燒的基本知識(shí)點(diǎn)燃是指利用電火花在可燃混合氣中產(chǎn)生火焰核心并因而引起火焰?zhèn)鞑サ倪^(guò)程。在火花點(diǎn)火之前，由于可燃混合氣受到壓縮溫度升高，有可以察覺得出的緩慢氧化的先期反應(yīng)現(xiàn)象。在火花點(diǎn)火以后，不僅使局部混合氣溫度進(jìn)一步升高，而且引起了火花附近的混合氣電離，形成活性中心，出現(xiàn)明顯發(fā)熱、發(fā)光的小區(qū)域，這就是火焰核。為了使火花所產(chǎn)生的火焰成長(zhǎng)起來(lái)并確實(shí)開始傳播，必須對(duì)靠著火焰核的未燃部分供給充分的能量，這種能量來(lái)源，包括火花點(diǎn)火的能量以及反應(yīng)開始后由化學(xué)反應(yīng)本身所釋放出的能量。為了使點(diǎn)燃成功，必須使火花塞提供的放電能量大于某一個(gè)點(diǎn)火的最小能量，而這個(gè)最小能量受很多因素影響，如燃料的種類與濃度，氧的濃度，壓力及溫度，點(diǎn)火處氣流的運(yùn)動(dòng)狀況，電火花的性質(zhì)，電極的幾何形狀和距離等等。點(diǎn)火還直接受到混合氣濃度的限制，當(dāng)混合氣過(guò)稀或過(guò)濃，無(wú)論點(diǎn)火能量有多大也不能著火，即有一個(gè)點(diǎn)燃的濃度界限。在某一適宜的濃度，需要的點(diǎn)火能量最小。火焰核形成影響因素很多，使火焰核形成所用的時(shí)間不同。造成在實(shí)際汽油機(jī)的同一氣缸中，連續(xù)諸循環(huán)的情況不可能完全一致，因而產(chǎn)生了燃燒的循環(huán)變動(dòng)。這種燃燒不穩(wěn)定的情況，在汽油機(jī)低負(fù)荷及在稀薄混合氣中尤為突出。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!2.在預(yù)混氣體中的火焰的傳播燃燒的基本知識(shí)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萔L很低，以汽油與空氣的預(yù)混氣體為例，VL=0.4-0.5m/s。因?yàn)閷恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣戎饕Q于預(yù)混氣體的理化性質(zhì)，所以混合氣成分對(duì)VL影響很大。試驗(yàn)表明(如下圖所示)，在過(guò)量空氣系數(shù)α=0.8-0.9時(shí)，反應(yīng)溫度最高，VL最大；如果α=1，VL下降10%；α=1.1，VL下降15%；當(dāng)混合氣成分過(guò)稀或過(guò)濃，則反應(yīng)溫度均過(guò)低，不能維持火焰?zhèn)鞑?。試?yàn)還表明，火焰在管道中或在縫隙中傳播時(shí)，當(dāng)管徑或縫隙尺寸減少至某一臨界尺寸，則火焰不能繼續(xù)傳播，該尺寸被稱為淬熄直徑(或淬熄距離)。在火焰?zhèn)鞑サ娇拷蜏乇诿娴幕旌蠚鈺r(shí)，該層預(yù)混氣體也不能燃燒，這是燃燒室中生成未燃HC的重要原因之一。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!3.油滴與噴霧燃燒燃燒的基本知識(shí)油滴與噴霧燃燒是一種非預(yù)混的、不均勻的擴(kuò)散型燃燒，實(shí)質(zhì)上是燃油蒸氣和空氣的燃燒，是一種氣相性質(zhì)的燃燒過(guò)程，所以燃料的蒸發(fā)過(guò)程對(duì)液體燃燒起著決定性的作用。

1油滴的蒸發(fā)與燃燒油滴擴(kuò)散燃燒的速度，完全取決于燃油蒸氣從油滴表面向火焰回?cái)U(kuò)散的速度。為了加快油滴蒸發(fā)，應(yīng)盡量將油滴噴得均勻細(xì)小。圖所示是理論計(jì)算的結(jié)果，油滴直徑愈小，蒸發(fā)的時(shí)間愈短。從圖上還看出，在油滴蒸發(fā)過(guò)程中，初期蒸發(fā)快，當(dāng)接近完全蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)過(guò)程將變慢。序號(hào)空氣溫度（℃）空氣壓力（kPa）油滴直徑（?m）1600300010250030001036003000204500300020汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!實(shí)際的噴霧燃燒要比理想的單個(gè)油滴在無(wú)限氧空間中的蒸發(fā)與燃燒過(guò)程復(fù)雜得多，因?yàn)閲婌F中的各個(gè)油滴相互間存在著干擾，并且最初噴入的油滴將發(fā)生汽化，而汽化了的燃料又同周圍的空氣進(jìn)行擴(kuò)散與混合，形成預(yù)混合氣。試驗(yàn)表明，小滴徑的液滴群，可以看成是完全類似于預(yù)混合氣的燃燒，并且沒有必要認(rèn)為存在油滴狀態(tài)；而大滴徑的油滴群，又基本上是以單油滴的擴(kuò)散燃燒為基礎(chǔ)的。實(shí)際的噴霧過(guò)程，是由若干大大小小的油滴組成，所以實(shí)際的噴霧燃燒，必然是上述燃燒形式同時(shí)存在并且相互影響的。因?yàn)橛偷稳涸诳臻g分布，形成了許許多多具有著火與燃燒條件的單個(gè)油滴，只要在油滴周圍存在著適合燃燒的油氣比例與著火環(huán)境，就能在一點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)著火。它與在整個(gè)燃燒室中油氣的宏觀比例無(wú)關(guān)，不像均勻的預(yù)混合氣那樣，必須具有嚴(yán)格油氣比例的著火范圍，因而它比預(yù)混合氣具有更廣泛的穩(wěn)定燃燒范圍。

2）噴霧燃燒燃燒的基本知識(shí)汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!一、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料燃料中的不同成分對(duì)化學(xué)安定性的影響汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!1）十六烷值燃料的使用特性十六烷值是評(píng)定柴油自燃性好壞的指標(biāo)。它與發(fā)動(dòng)機(jī)的粗暴性及起動(dòng)性均有密切關(guān)系。自燃性好的燃料，冷起動(dòng)性能亦隨之改善。

測(cè)定柴油的十六烷值，是在特殊的單缸試驗(yàn)機(jī)上按規(guī)定的條件進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)采用由十六烷和α-甲基萘混合制成的混合液，十六烷容易自燃，規(guī)定它的十六烷值為100，α-甲基萘最不容易自燃，其十六烷值定為0。當(dāng)被測(cè)定柴油的自燃性與所配制的混合液的自燃性相同時(shí)，則混合液中十六烷的體積百分?jǐn)?shù)就定為該種柴油的十六烷值。一般直鏈烷烴比環(huán)烷烴的十六烷值高；在直鏈烷烴中分子量愈大，十六烷值愈高。因此，盡管燃料的十六烷值高對(duì)于縮短滯燃期及改善冷起動(dòng)有利，但增大十六烷值，將帶來(lái)燃料分子量加大，使油的蒸發(fā)性變差及粘度增加，導(dǎo)致排氣冒煙加劇及燃油經(jīng)濟(jì)性下降。國(guó)產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定在40～50之間。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!3）粘度燃料的使用特性

粘度是燃料流動(dòng)性的尺度，是表示燃料內(nèi)部摩擦力的物理特性。影響柴油的噴霧質(zhì)量。當(dāng)其他條件相同時(shí)，粘度越大，霧化后油滴的平均直徑也越大，使燃油和空氣混合不均勻，燃燒不及時(shí)或不完全，燃油消耗率增加，排氣帶煙。噴油泵柱塞、噴油器的噴針都是靠燃油潤(rùn)滑，所以柴油應(yīng)具有一定的粘度，一般輕柴油的運(yùn)動(dòng)粘度在20℃時(shí)為(2.5～8)×10-6m/s。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!1）辛烷值燃料的使用特性評(píng)定車用汽油的抗爆性，可采用兩種試驗(yàn)工況，分別稱為馬達(dá)法與研究法。異辛烷（C8H18）辛烷值為100，正庚烷（C7H16）辛烷值為0，在專用的試驗(yàn)機(jī)上，將燃油的爆燃強(qiáng)度同異辛烷與正庚烷的混合液的爆燃強(qiáng)度比較，當(dāng)兩者相同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)混合液中所含異辛烷的體積百分比，即為試驗(yàn)燃油的辛烷值。馬達(dá)法規(guī)定的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速及進(jìn)氣溫度比研究法高，所以用馬達(dá)法測(cè)定的辛烷值(MON)比研究法辛烷值(ROM)低。兩者的差值反映出燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的敏感性。汽油辛烷值的大小主要決定于汽油的組成情況、煉制方法及添加劑等，辛烷值高低順序?yàn)橥闊N<烯烴<環(huán)烷烴<芳烴。我國(guó)70號(hào)汽油含芳烴大約5%-10%，而國(guó)外高辛烷值汽油的芳烴含量高達(dá)40%。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!

（2）餾出50%的溫度關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)暖車時(shí)間、加速性以及工作穩(wěn)定性。餾出50％的溫度標(biāo)志著汽油的平均蒸發(fā)性。若此溫度較低，說(shuō)明這種汽油的揮發(fā)性較好，在較低溫度下可以有大量的燃料揮發(fā)而與空氣混合，這樣可以縮短暖車時(shí)間。而且從較低負(fù)荷向較高負(fù)荷過(guò)渡時(shí)，能夠及時(shí)供應(yīng)所需的混合氣。

（3）餾出90%的溫度

燃料含有難于揮發(fā)重質(zhì)成分的數(shù)量。

當(dāng)此溫度低時(shí)，燃料中所含的重質(zhì)成分少。進(jìn)入氣缸中能夠完全揮發(fā)，有利于燃料過(guò)程的進(jìn)行。此溫度過(guò)高，燃料中含有較多的重質(zhì)成分，在氣缸中不易揮發(fā)而附著在氣缸壁上，燃燒容易形成積炭，或者沿著氣缸壁流入油底殼，稀釋機(jī)油，破壞軸承部位的潤(rùn)滑。2）餾程與蒸汽壓燃料的使用特性汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!三、汽柴油性能差異的影響汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!

四、發(fā)動(dòng)機(jī)的替代燃料

傳統(tǒng)燃料儲(chǔ)運(yùn)方便，成本較低，但隨著石油儲(chǔ)量的不斷減少，對(duì)新的替代燃料的研究成為熱點(diǎn)。新的替代燃料的使用清潔性成為關(guān)鍵之一；可供使用的總量及成本；儲(chǔ)運(yùn)的方便、使用安全也是關(guān)鍵之一。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!1、醇類燃料醇類燃料(例如甲醇和乙醇)來(lái)源廣泛，有較好的燃料特性，能滿足汽車燃料的基本要求。與汽油比較，它的特點(diǎn)是：(1)醇類燃料的熱值低，但醇中的含氧量大，所需的理論空氣量不到汽油的一半，所以兩者的混合氣熱值都差不多，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能不致降低。由于熱值低，乙醇汽油的燃油消耗率比普通汽油高，不過(guò)熱效率并不比普通汽油低，而且其混合氣比汽油混合氣還稀。(2)醇的汽化潛熱是汽油的三倍左右，混合燃料蒸發(fā)汽化，可以促使進(jìn)氣溫度進(jìn)一步降低，增加了充氣量，提高了功率。但困難的是，在使用中需予以強(qiáng)預(yù)熱。(3)醇具有高的抗爆性能，加醇的混合汽油可提高燃料的辛烷值，這對(duì)提高汽油機(jī)的壓縮比極為有利。(4)醇的沸點(diǎn)低，產(chǎn)生氣阻的傾向比汽油大，要采取相應(yīng)的措施。(5)在常溫下醇難溶于汽油，混合不勻的燃料使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。為此，需要加入適量的助溶劑，以利于醇與汽油相互溶解。(6)甲醇對(duì)視神經(jīng)有損傷作用，其混合燃料有一定的毒性，在儲(chǔ)運(yùn)及使用中要注意安全。另外，甲醇對(duì)金屬有一定的腐蝕作用，應(yīng)采取防蝕措施。汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!天然氣燃料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)天然氣的主要成分是甲烷，CO排放量少，未燃HC成分引起的光化學(xué)反應(yīng)低，燃料中幾乎不含硫的成分。(2)辛烷值高達(dá)130，可采用高壓縮比，獲得高的熱效率。(3)燃燒下限寬，稀燃特性優(yōu)越，在廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，可降低NOx生成，進(jìn)而也可提高熱效率。(4)由于是氣體燃料，低溫起動(dòng)性及低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好，進(jìn)而在暖機(jī)過(guò)程中，不需要在使用液體燃料時(shí)所必要的額外供油，不完全燃燒成分少。(5)天然氣燃料適應(yīng)性好，可采用油氣雙燃料供應(yīng)方式，也可采用電控混合氣或電控天然氣噴射方式工作。它適用于輕型車，也適用于柴油車。(6)將天然氣應(yīng)用于柴油車，固體微粒的排放率幾乎為0，(微粒排放是當(dāng)今柴油車排放治理中突出的困難)，從而達(dá)到低公害車的標(biāo)準(zhǔn)。天然氣燃料的缺點(diǎn)：(1)在常溫常壓下是氣體，儲(chǔ)運(yùn)性能比液體燃料差，一次充氣行駛距離短。(2)由于儲(chǔ)氣壓一般達(dá)20MPa高壓，使燃料容器加重。(3)由于呈氣體狀態(tài)吸入，使發(fā)動(dòng)機(jī)體積效率降低，與液體燃料相比(如汽油)，單位體積的混合氣熱值小，功率下降近10%。

2、氣體燃料汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!CNG、LPG在汽車上使用主要有三種形式。1）兩用燃料即在汽油機(jī)的基礎(chǔ)上改裝使用氣體燃料，在保留汽油機(jī)原有機(jī)構(gòu)不變，增加一套氣體燃料供給及控制系統(tǒng)，可分別使用汽油、氣體燃料單獨(dú)工作，由于氣體燃料汽化需要吸收熱量，故一般兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成使用汽油起動(dòng)，在達(dá)到一定條件后轉(zhuǎn)換為使用氣體燃料。這種形式的汽車可以是新車在出廠前改裝，也可以由在用車來(lái)改裝。2）雙燃料即柴油機(jī)改裝使用氣體燃料，由于柴油機(jī)沒有點(diǎn)火系統(tǒng)，氣體燃料十六烷值低，不能通過(guò)壓縮燃燒，故需要向缸內(nèi)噴入一部分柴油引燃，同時(shí)向缸內(nèi)供給氣體燃料，需要有柴油、氣體燃料兩套獨(dú)立的燃料供給系統(tǒng)同時(shí)工作。3）單燃料重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，來(lái)使用氣體燃料。2、氣體燃料汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的控制策略汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!

混合氣略微過(guò)濃時(shí)，即空燃比為13.5~14時(shí)汽油的燃燒最好，火焰溫度也最高。因?yàn)槿剂隙嘁恍┛墒箍諝庵械难鯕馊咳紵６鴱慕?jīng)濟(jì)性的角度來(lái)講，混合氣稀一些時(shí)，即空燃比為16時(shí)油耗最小。因?yàn)檫@時(shí)空氣較多，燃料可以充分燃燒。從發(fā)動(dòng)機(jī)功率上講，混合氣較濃時(shí)，火焰溫度高，燃燒速度快，當(dāng)空燃比界于12-13之間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率最大。燃料項(xiàng)目汽油輕柴油理論空氣量kg/kg14.714.5m3/kg11.5211.22kmol/kg0.5140.502.理論空燃比燃燒熱化學(xué)汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!4.燃料熱值與混合氣熱值1）燃料熱值

1kg燃料完全燃燒所放出的熱量，稱為燃料的熱值。在高溫的燃燒產(chǎn)物中，水以蒸氣狀態(tài)存在，水的汽化潛熱不能利用。因此，水凝結(jié)以后計(jì)入水的汽化潛熱的熱值，稱為高熱值；在高溫下的，則為低熱值。內(nèi)燃機(jī)排氣溫度較高，水的汽化潛熱不能利用，因此應(yīng)用低熱值。2）混合氣熱值當(dāng)氣缸工作容積和進(jìn)氣條件一定時(shí)，每循環(huán)加給工質(zhì)的熱量取決于單位體積可燃混合氣的熱值?？扇蓟旌蠚獾臒嶂狄詋J/kmol或kJ/m3(標(biāo)準(zhǔn))計(jì)。1kg燃料形成可燃混合氣的數(shù)量為M1，它所產(chǎn)生的熱量是燃料的低熱值hμ。因此，單位數(shù)量可燃混合氣的熱值(kJ/kmol)是

M1隨過(guò)量空氣系數(shù)而變，當(dāng)α=1時(shí)，燃料與空氣所形成的可燃混合氣熱值稱為理論混合氣熱值。燃燒熱化學(xué)汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!鏈引發(fā)，是反應(yīng)物分子受到某種因素激發(fā)(譬如，受熱裂解、受光輻射作用等)，分解成為自由原子或自由基，這種自由原子或自由基(如H、O、OH等等)具有很強(qiáng)的反應(yīng)能力，成為反應(yīng)中的活性中心，使新的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。鏈的傳播，是指已生成的自由原子或自由基與反應(yīng)物作用，一方面將反應(yīng)推進(jìn)一步，另一方面同時(shí)生成新的自由原子或自由基的過(guò)程。如果在每一步中間反應(yīng)中，都是由一個(gè)活性中心與反應(yīng)物作用產(chǎn)生—個(gè)新的活性中心，整個(gè)反應(yīng)則是以恒定速度進(jìn)行，這樣的反應(yīng)稱為直鏈反應(yīng)。如果由一個(gè)活性中心引起的反應(yīng)，同時(shí)生成兩個(gè)以上的活性中心，這時(shí)，鏈就發(fā)生了分支，反應(yīng)速度將急劇地增長(zhǎng)，可達(dá)到極快的程度(鏈鎖爆炸)，這種反應(yīng)稱為支鏈反應(yīng)。

在鏈鎖反應(yīng)中，可能出于具有很大反應(yīng)能力的自由原子或自由基與容器壁面或惰性氣體分子碰撞，使反應(yīng)能力減小，不再引致反應(yīng)，這就是鏈的中斷。每一次鏈的中斷都會(huì)引起總體反應(yīng)速度減慢，以及減少反應(yīng)繼續(xù)發(fā)展的可能性，在某些不利的場(chǎng)合下還可以使反應(yīng)完全停止。柴油機(jī)為退化的支鏈反應(yīng)。1.著火過(guò)程燃燒的基本知識(shí)汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!1）自燃燃燒的基本知識(shí)所謂自燃，是指具有適當(dāng)溫度、壓力的可燃混合氣，在沒有外部能量引入的情況下，依靠混合氣自身的反應(yīng)自動(dòng)加速，并自發(fā)地引起火焰的過(guò)程。用熱著火理論來(lái)分析著火條件，可知：(1)著火溫度Tc不僅與可燃混合氣的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、壓力、容器形狀及散熱情況等有關(guān)。即使同一種燃科，因條件不同，著火溫度也可能不同。(2)臨界的溫度與壓力明顯地影響到著火區(qū)域。在低壓時(shí)，要求很高的著火溫度，反之也是一樣(3)存在著一個(gè)可燃混合物著火的濃度上限(富油極限)與下限(貧油極限)。如圖所示，隨著溫度、壓力升高，著火的濃度界限有所加寬；但溫度、壓力上升得再高，著火界限的加寬也是很有限的。另一方面，當(dāng)溫度、壓力過(guò)低(低于臨界值)，則無(wú)論在什么濃度下均不能著火。自燃溫度及臨界壓力與混合氣著火界限的關(guān)系汽車節(jié)能技術(shù)新第三章共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!2.在預(yù)混氣體中的火焰的傳播燃燒的基本知識(shí)所謂預(yù)混氣體，是指在著火前將燃料蒸氣和空氣以一定比例預(yù)先混合好的氣體。在局部形成火焰核心之后，其余部分的燃燒過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是火焰的預(yù)混氣體中傳播的過(guò)程?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊拇笮∪Q于預(yù)混合氣體的物理